【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及圖像處理領域，應用于激光燒蝕形貌測量過程中，具體涉及激光燒蝕形貌在線測量及燒蝕特征識別方法。
技術介紹
1、強激光因其高能量密度、低成本、快速響應和精確指向等特點，在精密制造、材料改性以及軍事應用等多個領域展現出巨大的潛力。研究強激光燒蝕效應的關鍵在于如何準確地獲取燒蝕過程中形貌的變化情況及其相關參數。然而，目前的技術手段在實現監測燒蝕形貌演化方面存在不足，限制了對該領域的深入探究。目前，燒蝕形貌的采集主要采用兩種方式：
2、單次測量法：此方法通常在激光輻照實驗完成后進行，通過相機拍攝燒蝕后的表面圖像以獲取燒蝕形貌信息。這種方法的主要缺陷在于：由于只能在實驗結束后進行單次測量，無法捕捉燒蝕過程中的動態變化，從而無法研究時間因素對燒蝕效果的影響；在測量燒蝕形貌的關鍵參數時，依賴于操作者的主觀判斷，缺乏一致性和標準化，影響了燒蝕效果研究的客觀性。
3、實時測量法：通過高速相機在整個燒蝕過程中等間隔地拍攝多幀圖像，后續由研究人員進行逐幀分析。這種方式雖然能夠提供連續的圖像數據，但也存在以下問題：該方法對于弱激光輻照條件下的無氣流平板模型表現效果較好，但在強激光輻照條件下，由于強激光引起的自發光現象以及高速氣流造成的光線偏折，使得圖像質量下降；針對非平面或具有復雜曲面的樣品，光線分布不均，進一步降低了圖像的可用性；無法直接給出燒蝕區域的尺寸參數，依然需要研究人員的人工介入，這不僅增加了工作量，也影響了結果的準確性。
4、可見，上述兩種方法都無法完全滿足強激光燒蝕效應研究的需求。具體來說，
技術實現思路
1、基于
技術介紹
中的現狀，本專利技術的目的在于解決現有測量方法無法適應切向氣流干擾、強弱光對比強烈導致測量失真，以及無法在線獲取燒蝕特征的問題，因此提出了激光燒蝕形貌在線測量及燒蝕特征識別方法。本專利技術使用高分辨率高頻相機對切向氣流作用下激光輻照靶標燒蝕形貌的演化進行定量測量，利用脈沖激光補光消除強激光引起的局部高光，結合相機標定、混合高斯模型和背景差分方式，實現燒蝕形貌的在線測量以及燒蝕形貌特征的智能識別。
2、本專利技術采用了以下技術方案來實現目的：
3、一種激光燒蝕形貌在線測量及燒蝕特征識別方法，包括：
4、補光測量過程：采用高速相機拍攝激光燒蝕形貌圖像，拍攝前預先在高速相機鏡頭處安裝窄帶濾光片；在拍攝的同時，采用補光光源照射燒蝕區域的方式，抑制燒蝕區域的強自發光，對激光燒蝕形貌進行在線測量，實時獲取激光燒蝕形貌圖像；
5、圖像處理過程：針對激光燒蝕形貌圖像，進行燒蝕特征識別，獲取高速相機的標定參數，進行激光燒蝕形貌圖像的預處理，并通過透視變換方式進行圖像校正；采用背景差分方式進行圖像分割，檢測燒蝕區域；對檢測出的燒蝕區域進行尺寸測量，得到燒蝕區域在燒蝕過程中的形貌特征變化，完成燒蝕特征識別。
6、具體的，對于補光測量過程，使用被測激光照射輻照靶標，產生燒蝕區域，采用高速相機拍攝輻照靶標在被測激光作用下的毀傷過程及對應燒蝕區域形成的激光燒蝕形貌圖像；在拍攝的同時，采用補光光源對燒蝕區域發射具有預設波長的強脈沖激光，從而抑制燒蝕區域的強自發光。
7、優選的，采用的補光光源為cavilux?hf810激光光源，在拍攝的同時，通過幀同步功能與對應的ttl激勵信號，使cavilux?hf810激光光源的強脈沖激光的脈沖時間與高速相機的曝光時間相耦合。
8、具體的，在圖像處理過程中，高速相機的標定參數包括外參和內參；外參為高速相機相對于輻照靶標所在輻照平面的位姿和拍攝距離，內參包括主點坐標、等效焦距和圖像畸變系數。
9、優選的，采用張正友平面標定法對高速相機進行標定，將高速相機的外參和內參進行分離并分別逐步獲取最優解，標定操作方式如下：
10、s1、使用高速相機從至少兩個不同的方位拍攝同一個平面靶標；
11、s2、將內參中的圖像畸變系數初始化為0，選取拍攝圖像中心處畸變小于閾值的點，將該點的世界坐標值和圖像坐標值作為已知條件，代入預設線性方程；
12、s3、通過優化算法處理線性方程，對高速相機的標定參數進行求解；
13、s4、將求解出的標定參數作為初始值，選取平面靶標上的所有點來建立優化模型，通過優化模型求解高速相機的外參和內參的最優解。
14、優選的，在圖像處理過程中，激光燒蝕形貌圖像的預處理過程采用的預處理方法包括高斯模糊和圖像均衡化。
15、具體的，在圖像處理過程中，通過透視變換方式進行圖像校正，具體為：針對高速相機拍攝的激光燒蝕形貌圖像，當其呈現為畸變圖像時，獲取畸變圖像的4個角點坐標，記為第一組坐標；確定校正后的目標圖像的4個角點坐標，記為第二組坐標；依據第一組坐標與第二組坐標之間的位置差關系，計算出用于透視變換的變換矩陣；對呈現為畸變圖像的激光燒蝕形貌圖像執行變換矩陣對應的變換操作，得到經過圖像校正的目標圖像的正視圖。
16、具體的，在圖像處理過程中，采用背景差分方式進行圖像分割時，當激光燒蝕形貌圖像的背景變化幅度低于預設閾值時，直接使用激光燒蝕形貌圖像的前景與背景的差分來檢測燒蝕區域的變化運動，從激光燒蝕形貌圖像中分離出作為尺寸測量依據的燒蝕區域，實現燒蝕區域的檢測。
17、優選的，當激光燒蝕形貌圖像的背景變化幅度高于或等于預設閾值時，采用基于混合高斯背景模型的方式來動態更新背景，即：確定激光燒蝕形貌圖像在當前時間下的中心值，獲取當前時間下激光燒蝕形貌圖像中每個像素點的值的偏離大?。蝗绻诚袼攸c的值偏離中心值的程度高于或等于分離閾值，則該值對應的此像素點為前景；如果某像素點的值偏離中心值的程度低于分離閾值，則該值對應的此像素點為背景；通過混合高斯背景模型的應用，在背景變化過程中分離出激光燒蝕形貌圖像的前景與背景，實現燒蝕區域的檢測。
18、具體的，對檢測出的燒蝕區域進行尺寸測量時，針對燒蝕區域所在目標圖像，依次進行自適應圖像二值化處理、形態學處理和斑點檢測處理后，求取燒蝕區域的外接矩形，得到燒蝕區域的像素長寬和；
19、將燒蝕區域的像素長寬和與高速相機的標定參數中的等效焦距和拍攝距離相結合，采用下式計算出燒蝕區域的實際物理尺寸長寬：
20、
21、
22、式中，為燒蝕區域的實際物理尺寸長度，為燒蝕區域的實際物理尺寸寬度；依據實時獲取的激光燒蝕形貌圖像，對其中每一幀圖像的燒蝕區域的實際物理尺寸進行檢測，得到燒蝕區域在整個在線測量過程中的形貌特征變化，完成燒蝕特征識別。
23、綜上所述，由于采用了本技術方案，本專利技術的有本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種激光燒蝕形貌在線測量及燒蝕特征識別方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的激光燒蝕形貌在線測量及燒蝕特征識別方法，其特征在于：對于補光測量過程，使用被測激光照射輻照靶標，產生燒蝕區域，采用高速相機拍攝輻照靶標在被測激光作用下的毀傷過程及對應燒蝕區域形成的激光燒蝕形貌圖像；在拍攝的同時，采用補光光源對燒蝕區域發射具有預設波長的強脈沖激光，從而抑制燒蝕區域的強自發光。
3.根據權利要求2所述的激光燒蝕形貌在線測量及燒蝕特征識別方法，其特征在于：采用的補光光源為CAVILUX?HF810激光光源，在拍攝的同時，通過幀同步功能與對應的TTL激勵信號，使CAVILUX?HF810激光光源的強脈沖激光的脈沖時間與高速相機的曝光時間相耦合。
4.根據權利要求1所述的激光燒蝕形貌在線測量及燒蝕特征識別方法，其特征在于：在圖像處理過程中，高速相機的標定參數包括外參和內參；外參為高速相機相對于輻照靶標所在輻照平面的位姿和拍攝距離，內參包括主點坐標、等效焦距和圖像畸變系數。
5.根據權利要求4所述的激光燒蝕形貌在線測量及燒蝕特征識別方法
6.根據權利要求1所述的激光燒蝕形貌在線測量及燒蝕特征識別方法，其特征在于：在圖像處理過程中，激光燒蝕形貌圖像的預處理過程采用的預處理方法包括高斯模糊和圖像均衡化。
7.根據權利要求1所述的激光燒蝕形貌在線測量及燒蝕特征識別方法，其特征在于：在圖像處理過程中，通過透視變換方式進行圖像校正，具體為：針對高速相機拍攝的激光燒蝕形貌圖像，當其呈現為畸變圖像時，獲取畸變圖像的4個角點坐標，記為第一組坐標；確定校正后的目標圖像的4個角點坐標，記為第二組坐標；依據第一組坐標與第二組坐標之間的位置差關系，計算出用于透視變換的變換矩陣；對呈現為畸變圖像的激光燒蝕形貌圖像執行變換矩陣對應的變換操作，得到經過圖像校正的目標圖像的正視圖。
8.根據權利要求1所述的激光燒蝕形貌在線測量及燒蝕特征識別方法，其特征在于：在圖像處理過程中，采用背景差分方式進行圖像分割時，當激光燒蝕形貌圖像的背景變化幅度低于預設閾值時，直接使用激光燒蝕形貌圖像的前景與背景的差分來檢測燒蝕區域的變化運動，從激光燒蝕形貌圖像中分離出作為尺寸測量依據的燒蝕區域，實現燒蝕區域的檢測。
9.根據權利要求8所述的激光燒蝕形貌在線測量及燒蝕特征識別方法，其特征在于：當激光燒蝕形貌圖像的背景變化幅度高于或等于預設閾值時，采用基于混合高斯背景模型的方式來動態更新背景，即：確定激光燒蝕形貌圖像在當前時間下的中心值，獲取當前時間下激光燒蝕形貌圖像中每個像素點的值的偏離大??；如果某像素點的值偏離中心值的程度高于或等于分離閾值，則該值對應的此像素點為前景；如果某像素點的值偏離中心值的程度低于分離閾值，則該值對應的此像素點為背景；通過混合高斯背景模型的應用，在背景變化過程中分離出激光燒蝕形貌圖像的前景與背景，實現燒蝕區域的檢測。
10.根據權利要求1所述的激光燒蝕形貌在線測量及燒蝕特征識別方法，其特征在于：對檢測出的燒蝕區域進行尺寸測量時，針對燒蝕區域所在目標圖像，依次進行自適應圖像二值化處理、形態學處理和斑點檢測處理后，求取燒蝕區域的外接矩形，得到燒蝕區域的像素長寬和；
...【技術特征摘要】
1.一種激光燒蝕形貌在線測量及燒蝕特征識別方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的激光燒蝕形貌在線測量及燒蝕特征識別方法，其特征在于：對于補光測量過程，使用被測激光照射輻照靶標，產生燒蝕區域，采用高速相機拍攝輻照靶標在被測激光作用下的毀傷過程及對應燒蝕區域形成的激光燒蝕形貌圖像；在拍攝的同時，采用補光光源對燒蝕區域發射具有預設波長的強脈沖激光，從而抑制燒蝕區域的強自發光。
3.根據權利要求2所述的激光燒蝕形貌在線測量及燒蝕特征識別方法，其特征在于：采用的補光光源為cavilux?hf810激光光源，在拍攝的同時，通過幀同步功能與對應的ttl激勵信號，使cavilux?hf810激光光源的強脈沖激光的脈沖時間與高速相機的曝光時間相耦合。
4.根據權利要求1所述的激光燒蝕形貌在線測量及燒蝕特征識別方法，其特征在于：在圖像處理過程中，高速相機的標定參數包括外參和內參；外參為高速相機相對于輻照靶標所在輻照平面的位姿和拍攝距離，內參包括主點坐標、等效焦距和圖像畸變系數。
5.根據權利要求4所述的激光燒蝕形貌在線測量及燒蝕特征識別方法，其特征在于：采用張正友平面標定法對高速相機進行標定，將高速相機的外參和內參進行分離并分別逐步獲取最優解，標定操作方式如下：
6.根據權利要求1所述的激光燒蝕形貌在線測量及燒蝕特征識別方法，其特征在于：在圖像處理過程中，激光燒蝕形貌圖像的預處理過程采用的預處理方法包括高斯模糊和圖像均衡化。
7.根據權利要求1所述的激光燒蝕形貌在線測量及燒蝕特征識別方法，其特征在于：在圖像處理過程中，通過透視變換方式進行圖像校正，具體為：針對高速相機...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張林，田保未，賈曉東，羅新福，蒲麒，洪少尊，錢豐學，劉奇，
申請(專利權)人：中國空氣動力研究與發展中心高速空氣動力研究所，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。